高崧耀+++賀鵬

【摘要】：微電網(wǎng)是由微電源、儲(chǔ)能裝置、臨近負(fù)荷及保護(hù)單元、控制系統(tǒng)組成的自主系統(tǒng)。微電網(wǎng)具有兩種運(yùn)行模式，即并網(wǎng)運(yùn)行模式及孤島運(yùn)行模式。目前，微電網(wǎng)中存在一些基于故障分量的保護(hù)方法。故障分量是由故障本身引起的，獨(dú)立于負(fù)荷分量之外，不受負(fù)荷電流、過(guò)渡電阻的影響，具有較高的靈敏度。所以，基于故障分量的阻抗保護(hù)在輸電系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】：故障分量；微電網(wǎng)；保護(hù)適用性

1、導(dǎo)言

在傳統(tǒng)的故障分量附加網(wǎng)絡(luò)中，只要故障點(diǎn)存在一個(gè)電勢(shì)源。但這里有個(gè)條件，即同步發(fā)電機(jī)的容量假設(shè)為無(wú)窮大，故障時(shí)電壓不發(fā)生下跌，可以供給很大的短路電流。逆變型分布式電源的容量有限，且輸出電流受變流器的約束，故逆變器出口電壓將在故障剎那間發(fā)生變化，從而在故障附加網(wǎng)絡(luò)中IIDG接入處發(fā)生等效的附加電源，使故障分量網(wǎng)絡(luò)中含有多個(gè)電源。

2、微電網(wǎng)繼電保護(hù)的特點(diǎn)及其困難

微電網(wǎng)的維護(hù)疑問(wèn)與傳統(tǒng)配網(wǎng)維護(hù)有著極大不一樣，具體表現(xiàn)有：（1）因?yàn)榉植际诫娫吹拇嬖?，使得潮流具有雙向流通性；（2）微電網(wǎng)在聯(lián)網(wǎng)和獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)兩種運(yùn)轉(zhuǎn)形式下，短路電流巨細(xì)區(qū)別很大，影響繼電維護(hù)的整定核算。因而，如安在聯(lián)網(wǎng)和獨(dú)立兩種運(yùn)轉(zhuǎn)形式下均能對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)部故障做出有效的呼應(yīng)，甚至在聯(lián)網(wǎng)形式下也能迅速感知大電網(wǎng)故障，而且保證該維護(hù)的選擇性、迅速性、靈敏性與可靠性，是當(dāng)時(shí)微電網(wǎng)維護(hù)的要害，也是微電網(wǎng)維護(hù)研討的難點(diǎn)。

傳統(tǒng)配電網(wǎng)的通常構(gòu)造特點(diǎn)是呈放射型構(gòu)造而且由單電源供電，配電網(wǎng)的繼電維護(hù)是恰是基于此構(gòu)造進(jìn)行規(guī)劃和裝備的。當(dāng)分布式電源接入配電網(wǎng)以后，配電網(wǎng)的拓?fù)錁?gòu)造隨之發(fā)作改動(dòng)。而當(dāng)有分布式電源存在的配電網(wǎng)發(fā)作故障時(shí)，除了電網(wǎng)電源向故障點(diǎn)供給故障電流以外，分布式電源也將對(duì)故障點(diǎn)供給必定的故障電流，改動(dòng)了原有配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)短路水平，然后影響傳統(tǒng)配電網(wǎng)相應(yīng)繼電維護(hù)設(shè)備的正常動(dòng)作。而分布式電源的類(lèi)型、安裝位置和容量巨細(xì)等因素都將對(duì)配電網(wǎng)的繼電維護(hù)形成影響。配電網(wǎng)絡(luò)的繼電維護(hù)，相關(guān)于高電壓大體系繼電維護(hù)而言，屬于簡(jiǎn)單維護(hù)。配電網(wǎng)中常用的繼電維護(hù)有電流維護(hù)、電壓維護(hù)、反時(shí)限電流維護(hù)等。分布式電源接入配電網(wǎng)以后，原有配電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造發(fā)作了較大改變。在故障發(fā)作時(shí)，因?yàn)榉植际诫娫粗鲭娏鞯男Ч?，流?jīng)故障點(diǎn)的故障電流將增大。分布式電源的引進(jìn)改動(dòng)了分布式電源鄰近節(jié)點(diǎn)的短路水平，對(duì)配電網(wǎng)繼電維護(hù)的準(zhǔn)確動(dòng)作帶來(lái)影響；也改動(dòng)了維護(hù)的規(guī)模和靈敏度，給各線(xiàn)路繼電維護(hù)的上下級(jí)合作帶來(lái)疑問(wèn)。由此可知，關(guān)于分布式電源滲透率較高的微電網(wǎng)，電流速斷維護(hù)在選擇性、靈敏度校驗(yàn)上均不滿(mǎn)意維護(hù)的請(qǐng)求。

3、微電網(wǎng)故障分量保護(hù)原理分析

3.1含多個(gè)IIDG的微電網(wǎng)正序故障分量附加網(wǎng)絡(luò)

不失一般性，以圖1所示含IIDG的典型微電網(wǎng)進(jìn)行具體分析。圖中：ES為體系電源；ZS為體系阻抗；PCC為微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的公共連接點(diǎn)，本文只分析微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的狀況；LD1，LD2，LD3，LD4均為負(fù)荷；IIDG1，IIDG2，IIDG3均為PQ操控的逆變型分布式電源；M1—M4，P1—P4，Q1—Q3，N1—N3為各母線(xiàn)處的分支饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)，并代表地點(diǎn)的饋線(xiàn)稱(chēng)號(hào)。

圖1 含IIDG的并網(wǎng)運(yùn)行微電網(wǎng)

當(dāng)F1處發(fā)作故障時(shí)，可將IIDG等效為受控電流源模型。盡管逆變型分布式電源控制系統(tǒng)的非線(xiàn)性使得故障時(shí)期的電網(wǎng)不能等效為一個(gè)線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)，但假如將受控電流源視為獨(dú)立電流源，此刻受控源的電流值仍為IIDG并網(wǎng)點(diǎn)電壓的函數(shù)，而且不隨網(wǎng)絡(luò)在疊加過(guò)程中的改變而改變，則可以獲得如圖2所示的正序故障分量附加網(wǎng)絡(luò)。圖中：△i1，△i2，△i3分別為逆變型分布式電源輸出的等效附加電流；ZS1為大電網(wǎng)的等效正序阻抗；ZF為故障點(diǎn)的過(guò)渡阻抗；ΔUF為故障點(diǎn)的附加電源；ZMP，ZP1，ZQ1，ZMN為各線(xiàn)路的等效正序阻抗；Z1，Z2，Z3，Z4為負(fù)荷的等效正序阻抗。假定母線(xiàn)指向饋線(xiàn)的方向作為電流的參閱正方向，各饋線(xiàn)故障電流正方向如圖標(biāo)示所示。

由于受控制策略影響使得IIDG并網(wǎng)點(diǎn)電壓與輸出電流之間存在著很強(qiáng)的非線(xiàn)性關(guān)系，以及IIDG間的相互耦合，造成該網(wǎng)絡(luò)無(wú)法通過(guò)線(xiàn)性變換而直接求解。利用迭代修正的求解方法，十分復(fù)雜，很難得到具體的解析解。所以本文只進(jìn)行定性分析。

圖2正序故障分量附加網(wǎng)絡(luò)

3.2母線(xiàn)N處各饋線(xiàn)的正序電流故障分量

當(dāng)F1處發(fā)生故障時(shí)，母線(xiàn)N處的電壓降較小，IIDG3輸出的有功電流和無(wú)功電流均略有增大，其故障電流如圖3（a）所示。圖中，UN和UN.f分別為故障前后母線(xiàn)N的電壓，ΔUN為母線(xiàn)N處電壓的故障分量，i3為故障前IIDG3輸出的正序電流，i3.f為故障時(shí)IIDG輸出的正序電流，Δi3則為IIDG3輸出正序電流的故障分量；其他各圖中這些變量的含義與此類(lèi)同。

由圖2可知， 且 ，其中負(fù)荷的正序阻抗Z4為感性，則可得到如圖3（b）所示的電流相量關(guān)系。

顯然，故障饋線(xiàn)N1上的正序電流故障分量幅值最大，方向與其余饋線(xiàn)的正序電流故障分量幾乎相反，即滿(mǎn)足

（1）

（2）

4、結(jié)論

綜上所述，如今，隨著新能源越來(lái)越被人們所重視，分布式發(fā)電也越來(lái)越快的發(fā)展起來(lái)，微電網(wǎng)作為大電網(wǎng)的補(bǔ)充，也越來(lái)越多的得到了應(yīng)用。然而對(duì)于包含微電網(wǎng)的電網(wǎng)保護(hù)方案，至今還沒(méi)有很多問(wèn)題亟需解決，微電網(wǎng)的繼電保護(hù)策略迫切被需求。本文針對(duì)PQ控制的逆變型分布式電源，在故障時(shí)對(duì)其采用具有無(wú)功支撐能力的故障穿越控制策略，分析了不同電壓降時(shí)IIDG輸出故障電流的變化。并使用更加準(zhǔn)確的壓控電流源模型，通過(guò)正序電流故障分量的幅值和相位特征對(duì)微電網(wǎng)中的故障分量原理進(jìn)行了分析。

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